EP1983582A2 - Multifilament superconductor and method for its manufacture - Google Patents

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EP1983582A2
EP1983582A2 EP08006498A EP08006498A EP1983582A2 EP 1983582 A2 EP1983582 A2 EP 1983582A2 EP 08006498 A EP08006498 A EP 08006498A EP 08006498 A EP08006498 A EP 08006498A EP 1983582 A2 EP1983582 A2 EP 1983582A2
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EP
European Patent Office
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superconductor
filaments
reinforcing
rods
matrix
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08006498A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1983582A3 (en
Inventor
Manfred Dr. Thöner
Horst Ehser
Andreas Szulczyk
Alfred Auer
Vital Abächerli
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EUROPEAN ADVANCED SUPERCONDUCTORS GmbH and Co KG
Original Assignee
EUROPEAN ADVANCED SUPERCONDUCTORS GmbH and Co KG
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Publication of EP1983582A2 publication Critical patent/EP1983582A2/en
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49014—Superconductor

Definitions

  • the invention relates to a multifilament superconductor, in particular a reinforced multifilament superconductor and a process for its preparation.
  • A15 superconductor such as Nb 3 Sn can be prepared by various methods in the form of a wire or a ribbon. Known processes are the so-called bronze process, the jelly-roll process and the powder-in-pipe process. A15 superconductors made by the powder-in-tube process have the advantage of having the highest critical current densities. Consequently, the superconductors produced by the powder-in-tube method are suitable for use in highly compact and inexpensive magnetic systems.
  • the object of the invention is therefore to provide a mechanically reinforced superconductor on a powder-in-tube basis, which is also suitable for compact magnet systems.
  • a method for producing a reinforced multifilament superconductor comprises the following steps: a plurality of superconductor rods are provided, each having at least one powder metallurgy core of the elements of a metallic superconductor.
  • the powder metallurgy cores are each surrounded by an inner sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy.
  • Multiple reinforcing rods, each consisting of tantalum or a tantalum alloy, are provided.
  • the superconductor rods and the reinforcing rods are arranged in a bundle such that they form a regular two-dimensional matrix in the cross-section of the bundle.
  • the bundle is covered with an outer sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy, and the sheathed bundle is chuck-deformed to reduce the cross-section of the sheathed bundle to produce a multifilament.
  • the deformed multifilament is annealed at a temperature and duration, the temperature and duration of annealing being sufficient to form superconducting phases in the powder metallurgy cores.
  • a multifilament superconductor is produced by a powder metallurgy method having a plurality of reinforcing filaments disposed in the core portion of the multifilament.
  • the reinforcing filaments provide mechanical reinforcement of the multifilament so that the yield strength of the multifilament is increased. Consequently, the flow limit of the multifilament superconductor is used increased and increased the current capability of the multifilament superconductor. The field of application of these mechanically reinforced multifilament superconductors is thus widened.
  • the outer sheath of the multifilament can be made of copper, since the mechanical reinforcement of the multifilament is effected by the reinforcing filaments arranged in the core region.
  • the outer jacket may be embodied in one embodiment without alloying additives for the mechanical reinforcement of the outer jacket.
  • the arrangement of a plurality of reinforcing filaments in the core region has the advantage that the reinforcing filaments can be used with conventional methods. This can be done in the manufacture of the bundle by replacing some superconducting rods of the regular two-dimensional matrix with reinforcing rods.
  • the cross-section of the wrapped bundle can be reduced by conventional non-cutting methods, at the same time increasing the length so that an elongated multifilament is produced from the bundled rods.
  • the cross-section can be reduced by means of methods such as drawing and hammering, optionally with intermediate anneals.
  • the filaments of the multifilament essentially maintain the arrangement of the bars of the bundle.
  • the multifilament thus has in cross section a regular two-dimensional matrix of filaments whose pattern corresponds to the pattern of the rods of the bundle matrix.
  • the cross section designates the cross section perpendicular to the length of the multifilament and perpendicular to the length of the rods.
  • Reinforcing filaments of tantalum or a tantalum alloy have the advantage that they can be integrated with the other components of the multifilament due to their favorable forming resistance.
  • the other components of the multifilament are the superconductor filaments and the outer sheath.
  • tantalum is a metal that maintains its high mechanical properties under the typical reaction conditions and treatments for forming the superconducting phase.
  • tantalum has an extremely high modulus of elasticity even after heat treatment, even at the typical use temperatures in the range from 1.8K to 10K.
  • the proportion of tantalum of the reinforcing filaments can be adjusted.
  • the reinforcing filaments in one embodiment are essentially tantalum or a tantalum alloy.
  • the reinforcing rods may each comprise a tantalum or a tantalum alloy core clad with a Cu cladding.
  • These reinforcing rods can be produced by extrusion, in particular by hydrostatic extrusion. Extrusion allows a good connection between the tantalum core and the copper shell.
  • the reinforcing rods can be arranged in bundles into different patterns in the bundle matrix.
  • the reinforcing rods in the matrix are placed around the superconductor rods.
  • the reinforcing rods are arranged only in the edge region of the matrix.
  • the reinforcing rods thus form an annular pattern around the superconductor rods and are disposed between the superconductor rods and the outer sheath.
  • the reinforcing rods with an azimuthal symmetry in arranged the matrix.
  • An azimuthal symmetrical arrangement of the reinforcing rods has the advantage that the mechanical reinforcement is distributed more uniformly over the bundle and the multifilament.
  • the reinforcing rods are distributed over the cross section of the matrix.
  • the reinforcing rods may be coated with superconducting rods.
  • the reinforcing rods are arranged axially symmetrically in the matrix. This axial symmetric arrangement also provides a more even mechanical reinforcement of the overall cross-section of the multifilament.
  • the symmetrical arrangement of the reinforcing filaments has the further advantage that the forming behavior of the multifilament is optimized.
  • the superconductor bars and the reinforcing bars may have substantially the same cross-sectional area. This simplifies forming the bundle and forming a regular two-dimensional matrix.
  • the superconductor rods and the reinforcing rods each have a hexagonal cross-section. A hexagonal cross-section allows tight packing of the rods in the matrix to increase the power conductivity of the multifilament.
  • the proportion of reinforcing bars may be between about 10% and about 25% of the total number of bars of the matrix. This proportion can be adjusted to the mechanical properties of the multifilament required for a particular magnet system.
  • the number of reinforcing rods can be set arbitrarily, so that the desired proportion is achieved. For example, if the total matrix is 192 filaments
  • the matrix 36 may comprise reinforcing bars so that the multifilament has a proportion of reinforcing bars of about 10%. If out of a total of 192 filaments there are 72 reinforcing bars, the filament has a gain proportion of about 20%.
  • the method is thus flexible, since the mechanical properties of the multifilament can be easily adjusted, so that a multifilament with the desired mechanical reinforcement can be provided.
  • the mechanical properties can thus be easily adapted to the specific requirement profiles of the application.
  • the powder metallurgy cores of the superconductor rods may each comprise the component of an A15 superconductor.
  • the powder metallurgy cores of the superconductor rods may also each comprise powders of NbTa, Nb 2 Sn and Sn, the superconducting phase (Nb, Ta) 3 Sn being formed from these components.
  • the superconductor rods can be made by a powder-in-tube method wherein powders of the desired component are formed into a core encased in a cladding of a non-superconducting metal or a non-superconductive alloy. This precursor is optionally deformed with intermediate anneals, reducing the cross-section and increasing the length to produce the superconductor rods. These superconductor rods are arranged together with the reinforcing rods into a bundle. The superconducting phase is produced only after bundling and after the further forming steps for producing the multifilament. To form the superconducting phases in the cores of the superconductor filaments, annealing of the multifilament be carried out at 500 ° C to 700 ° C for 2 to 20 days.
  • a multifilament superconductor may also have a core region comprising a plurality of superconductor filaments and reinforcing filaments.
  • the superconductor filaments and the reinforcing filaments are arranged so that they have a regular two-dimensional matrix in the cross section of the core region.
  • the core region is enveloped by an outer sheath of a non-superconducting metal or a non-superconductive alloy.
  • the reinforcing filaments consist essentially of tantalum or a tantalum alloy.
  • the superconductor filaments each have a core made of a powder metallurgy-made superconductor which is enveloped by an inner sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy.
  • the multifilament is thus mechanically strengthened due to the reinforcing filaments and may have the shape of a wire or the shape of a band.
  • the reinforcing filaments may be disposed in the matrix around the superconductor filaments.
  • the reinforcing filaments can also be arranged only in the edge region of the matrix.
  • the reinforcing films are arranged azimuthally symmetrical in the edge region in the matrix.
  • the reinforcing filaments are distributed over the cross section of the matrix.
  • the reinforcing filaments are thus not only arranged at the edge of the core region and may be enveloped by superconductor filaments.
  • the reinforcing filaments are arranged axially symmetrically in the matrix.
  • the arrangement and pattern of the filaments of the multifilament match the arrangement and pattern of the beams of the bundle, as the original assembly and pattern are substantially maintained during the deformation of the bundle.
  • the filaments In comparison to the rods, the filaments have a smaller cross-section and a greater length.
  • the superconductor filaments and the reinforcing filaments of the multifilament may each have approximately the same cross-sectional area.
  • the proportion of reinforcing filaments between may be about 10% and about 25% of the total number of filaments of the matrix.
  • the superconductor filaments and the reinforcing filaments each have a hexagonal cross-section.
  • the cores of the superconductor filaments each comprise the component of an A15 superconductor.
  • the cores of the superconductor filaments may each comprise the components of a (Nb, Ta) 3 Sn, Nb 3 Sn, Nb 3 Al, Nb 3 Si, Nb 3 Ge, V 3 Si or V 3 Ga phase or the superconducting (Nb, Ta) 3 Sn or Nb 3 Sn or Nb 3 Al or Nb 3 Si or Nb 3 Ge or V 3 Si or V 3 Ga phase.
  • the reinforcing filaments may each comprise a tantalum or tantalum alloy core encased in a copper sheath.
  • FIG. 1 shows the cross section of a mechanically reinforced multifilament superconductor 1 with a core portion 2, which is covered by an outer shell 3.
  • the core region 2 has 192 filaments 4.
  • the filaments 4 each have a hexagonal cross-sectional area which is approximately equal for each filament.
  • the filaments 4 are assembled to form a regular two-dimensional hexagonal matrix 5.
  • the outer filaments 4 of the matrix 5 are arranged such that the outer edge of the matrix 5 has a nearly circular cross-section.
  • 72 of the total of 192 filaments are 4 reinforcing filaments 6.
  • the reinforcing filaments 6 each have a core consisting essentially of tantalum and an inner sheath of copper.
  • the reinforcing filaments 6 were formed by hydrostatic extrusion.
  • the reinforcing filaments 6 are in the FIG. 1 shown in black.
  • the remaining 120 of the filaments 4 are Supraleiterfilthough 7, in the FIG. 1 are shown in gray.
  • the superconductor filaments 7 each have a core 8 made of a powder metallurgical superconductor.
  • the superconducting phase is (Nb, Ta) 3 Sn.
  • the core 8 is enveloped by an inner jacket 9 made of copper.
  • the superconductor filaments 7 were produced by a powder-in-tube process.
  • the reinforcing filaments 6 are arranged in the outer region of the core region and are arranged around the superconductor filaments 7.
  • the reinforcing filaments 6 are arranged in the matrix 5 with an azimuthal symmetry, so that the mechanical reinforcement is uniformly distributed over the cross section of the multifilament 1.
  • the inner central portion of the core portion has no superconductor filaments 7 or reinforcing filaments 6 and has copper instead.
  • a plurality of superconductor rods and reinforcing rods were first produced.
  • powders of the components of the superconducting phase were formed into a rod and coated with a copper sheath.
  • the cross section was reduced by pulling to form hexagonal superconductor bars.
  • Several reinforcing rods were made by hydrostatic extrusion of the copper-clad tantalum core.
  • the reinforcing rods also have a hexagonal shape.
  • the cross-sectional area of the superconductor bars and the reinforcing bars is approximately equal.
  • the long sides of the superconductor rods and the reinforcing rods were assembled and arranged into a bundle having a regular hexagonal matrix in cross-section.
  • the reinforcing rods are placed in the matrix so that the matrix has the desired pattern of reinforcing rods and superconductor rods.
  • the bundle was covered with an outer sheath of copper and the sheathed bundle was deformed by drawing and intermediate annealing, the cross section being reduced, the length increased and a multifilament 1 being produced.
  • the arrangement of the superconductor filaments 7 and the reinforcing film edge 6 in the matrix 5 of the produced multifilament 1 corresponds to the arrangement of the rods in the bundle.
  • the multifilament 1 was annealed at 500 ° C to 700 ° C for 2 to 20 days, so that in the powder metallurgy cores 8, the superconducting phase has been formed from the powder.
  • the second and third embodiments of the multifilament superconductor are different from the first embodiment of FIG. 1 by the number of reinforcing filaments 6 and their arrangement within the matrix 5.
  • the arrangement of the reinforcing filaments 6 and those of the superconducting filaments 7 of the matrix 5 was determined by the arrangement of the rods in bundling.
  • FIG. 2 shows a cross section of a multifilament superconductor 10 according to a second embodiment.
  • This second multifilament superconductor 10 also has 192 hexagonal filaments 4 arranged in a matrix 5 having a hexagonal pattern as in FIG FIG. 1 are arranged together.
  • 36 filaments 4 of the 192 filaments are reinforcing filaments 6.
  • the reinforcing content is thus 18%.
  • the reinforcing filaments 6 are not only arranged in the edge region of the matrix 5 but distributed over the entire matrix 5.
  • the reinforcing filaments 6 are arranged with a radial symmetry in the matrix 5.
  • six rows 11 of reinforcing filaments 6, each having six reinforcing filaments 6 are provided.
  • the six rows 11 are arranged radially symmetrically in the matrix 5.
  • the angles between the adjacent rows 11 are thus approximately 60 °.
  • the FIG. 3 shows a multifilament superconductor 12 according to a third embodiment.
  • the third multifilament superconductor 12 also has a core region with 192 filaments arranged in a hexagonal matrix 5.
  • 66 of the 192 filaments are 4 reinforcing filaments 6.
  • the third multifilament superconductor 12 has a reinforcing ratio of 20%.
  • the reinforcing filaments 6 are arranged with a radial symmetry in the matrix 5.
  • six V-shaped arrangements 13 are provided, each having eleven reinforcing filaments 6.
  • the tip of the V-shape 13 is oriented inwardly so that the angles of two adjacent V-shapes are approximately 60 °.
  • the side of the V-molds 13 are arranged parallel to the side of the adjacent V-shape, with a row of superconductor filaments 7 being disposed between adjacent V-molds 13, respectively.
  • the multifilament 1, 10, 12 can be used to make a magnet winding.
  • the multifilaments 1, 10, 12 are mechanically reinforced such that the yield strength of the multifilament 1, 10, 12 is increased. This leads to an improved current carrying capacity, since the influence of the Lorentz force is reduced.
  • the use of these multifilaments with powder metallurgy cores is thus widened.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

The method involves providing multiple superconductor filaments (7) respectively including powder metallurgical cores. The superconductor filaments and reinforcement filament (6) are arranged to a bundle. The bundle is enclosed with an outer casing (3), which is made of non superconducting metal or non super conducting alloy. The encased bundle is deformed by reducing cross section of the bundle for producing multifilaments. The deformed multifilaments are annealed with sufficient temperature and duration in such a manner superconducting phases are formed in the cores. An independent claim is also included for a multifilament superconductor with a core area.

Description

Die Erfindung betrifft einen Multifilamentsupraleiter, insbesondere einen verstärkten Multifilamentsupraleiter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a multifilament superconductor, in particular a reinforced multifilament superconductor and a process for its preparation.

A15-Supraleiter, wie zum Beispiel Nb3Sn kann durch verschiedene Verfahren in Form eines Drahts oder eines Bandes hergestellt werden. Bekannte Verfahren sind das so genannte Bronze-Verfahren, das Jelly-Roll-Verfahren sowie das Pulver-im-Rohr-Verfahren. A15-Supraleiter, die mittels des Pulver-im-Rohr-Verfahrens hergestellt sind, haben den Vorteil, dass sie die höchsten kritischen Stromdichten aufweisen können. Folglich eignen sich die nach dem Pulver-im-Rohr-Verfahren hergestellten Supraleiter für die Anwendung bei hochkompakten und preisgünstigen Magnetsystemen.A15 superconductor such as Nb 3 Sn can be prepared by various methods in the form of a wire or a ribbon. Known processes are the so-called bronze process, the jelly-roll process and the powder-in-pipe process. A15 superconductors made by the powder-in-tube process have the advantage of having the highest critical current densities. Consequently, the superconductors produced by the powder-in-tube method are suitable for use in highly compact and inexpensive magnetic systems.

Die hohe Stromdichte und die dadurch erzeugte hohe Magnetfelder führen jedoch zu zunehmenden Lorentzkräften in der Magnetwicklung. Diese Lorentzkräfte können die Stromtragfähigkeit des supraleitenden Drahts der Magnetwicklung reduzieren und somit den Einsatzbereich des Pulver-im-Rohr-Drahts begrenzen.However, the high current density and the high magnetic fields generated thereby lead to increasing Lorentz forces in the magnetic winding. These Lorentz forces can reduce the current carrying capacity of the superconducting wire of the magnet winding and thus limit the range of application of the powder-in-tube wire.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen mechanisch verstärkten Supraleiter auf Pulver-im-Rohr-Basis anzugeben, der auch für kompakte Magnetsysteme geeignet ist.The object of the invention is therefore to provide a mechanically reinforced superconductor on a powder-in-tube basis, which is also suitable for compact magnet systems.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Multifilamentsupraleiters weist folgende Schritte auf: Mehrere Supraleiterstäbe werden bereitgestellt, die jeweils mindestens einen pulvermetallurgischen Kern aus den Elementen eines metallischen Supraleiters aufweisen. Die pulvermetallurgischen Kerne sind jeweils von einem Innenmantel aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt. Mehrere Verstärkungsstäbe, die jeweils aus Tantal oder einer Tantallegierung bestehen, werden bereitgestellt. Die Supraleiterstäbe und die Verstärkungsstäbe werden in einem Bündel angeordnet, und zwar derart, dass sie im Querschnitt des Bündels eine regelmäßige zwei-dimensionale Matrix bilden. Das Bündel wird mit einem Außenmantel aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt und das umhüllte Bündel wird unter Reduzieren des Querschnitts des umhüllten Bündels spannlos verformt, um ein Multifilament zu erzeugen. Das verformte Multifilament wird bei einer Temperatur und einer Dauer geglüht, wobei die Temperatur und die Dauer der Glühung derart ausreichend ist, dass sich in den pulvermetallurgischen Kernen supraleitende Phasen ausbilden.A method for producing a reinforced multifilament superconductor comprises the following steps: a plurality of superconductor rods are provided, each having at least one powder metallurgy core of the elements of a metallic superconductor. The powder metallurgy cores are each surrounded by an inner sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy. Multiple reinforcing rods, each consisting of tantalum or a tantalum alloy, are provided. The superconductor rods and the reinforcing rods are arranged in a bundle such that they form a regular two-dimensional matrix in the cross-section of the bundle. The bundle is covered with an outer sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy, and the sheathed bundle is chuck-deformed to reduce the cross-section of the sheathed bundle to produce a multifilament. The deformed multifilament is annealed at a temperature and duration, the temperature and duration of annealing being sufficient to form superconducting phases in the powder metallurgy cores.

Durch dieses Verfahren wird ein Multifilamentsupraleiter mittels eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt, der mehrere Verstärkungsfilamente aufweist, die im Kernbereich des Multifilaments angeordnet sind. Die Verstärkungsfilamente sehen eine mechanische Verstärkung des Multifilaments vor, so dass die Fließgrenze des Multifilaments erhöht wird. Folglich wird die Fließgrenze des Multifilamentsupraleiter im Einsatz erhöht und die Stromfähigkeit des Multifilamentsupraleiters gesteigert. Der Einsatzbereich dieser mechanisch verstärkten Multifilamentsupraleiter ist somit verbreitert.By this method, a multifilament superconductor is produced by a powder metallurgy method having a plurality of reinforcing filaments disposed in the core portion of the multifilament. The reinforcing filaments provide mechanical reinforcement of the multifilament so that the yield strength of the multifilament is increased. Consequently, the flow limit of the multifilament superconductor is used increased and increased the current capability of the multifilament superconductor. The field of application of these mechanically reinforced multifilament superconductors is thus widened.

Der Außenmantel des Multifilaments kann aus Kupfer bestehen, da die mechanische Verstärkung des Multifilaments durch die im Kernbereich angeordneten Verstärkungsfilamente erfolgt. Der Außenmantel kann in einer Ausführungsform ohne Legierungszusätze zur mechanischen Verstärkung des Außenmantels ausgeführt sein. Die Anordnung mehrere Verstärkungsfilamente im Kernbereich hat den Vorteil, dass die Verstärkungsfilamente mit herkömmlichen Verfahren eingesetzt werden können. Dies kann bei der Herstellung des Bündels durch das Ersetzen einiger Supraleiterstäbe der regelmäßigen zwei-dimensionalen Matrix durch Verstärkungsstäbe erfolgen.The outer sheath of the multifilament can be made of copper, since the mechanical reinforcement of the multifilament is effected by the reinforcing filaments arranged in the core region. The outer jacket may be embodied in one embodiment without alloying additives for the mechanical reinforcement of the outer jacket. The arrangement of a plurality of reinforcing filaments in the core region has the advantage that the reinforcing filaments can be used with conventional methods. This can be done in the manufacture of the bundle by replacing some superconducting rods of the regular two-dimensional matrix with reinforcing rods.

Der Querschnitt des umhüllten Bündels kann durch herkömmliche spanlose Verfahren reduziert werden, wobei gleichzeitig die Länge vergrößert wird, so dass ein langstreckiges Multifilament aus den gebündelten Stäben erzeugt wird. Der Querschnitt kann mittels Verfahren wie Ziehen und Hämmern gegebenenfalls mit Zwischenglühungen reduziert werden. Die Filamente des Multifilaments behalten im Wesentlichen die Anordnung der Stäbe des Bündels bei. Das Multifilament weist somit im Querschnitt eine regelmäßige zwei-dimensionale Matrix von Filamenten auf, deren Muster dem Muster der Stäbe der Bündelmatrix entspricht. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Querschnitt den Querschnitt senkrecht zu der Länge des Multifilaments sowie senkrecht zu der Länge der Stäbe. Durch das spanlose Verformen des umhüllten Bündels durch Ziehen oder Hämmern kann ein Multifilament in Form eines Drahts oder der Gestalt eines Bandes hergestellt werden.The cross-section of the wrapped bundle can be reduced by conventional non-cutting methods, at the same time increasing the length so that an elongated multifilament is produced from the bundled rods. The cross-section can be reduced by means of methods such as drawing and hammering, optionally with intermediate anneals. The filaments of the multifilament essentially maintain the arrangement of the bars of the bundle. The multifilament thus has in cross section a regular two-dimensional matrix of filaments whose pattern corresponds to the pattern of the rods of the bundle matrix. In this context, the cross section designates the cross section perpendicular to the length of the multifilament and perpendicular to the length of the rods. By chipless deformation of the wrapped bundle by drawing or hammering, a multifilament in the form of a wire or the shape of a tape can be produced.

Verstärkungsfilamente aus Tantal oder einer Tantallegierung haben dabei den Vorteil, dass sie sich aufgrund ihres günstigen Umformwiderstands mit den anderen Komponenten des Multifilaments integrieren lassen. Dabei sind die anderen Komponenten des Multifilaments die Supraleiterfilamente sowie der Außenmantel. Gleichzeitig ist Tantal ein Metall, das bei den typischen Reaktionsbedingungen und Behandlungen zum Bilden der supraleitenden Phase seine hohen mechanischen Eigenschaften aufrechterhält. Ferner weist Tantal auch nach einer Hitzebehandlung noch bei den typischen Einsatztemperaturen im Bereich von 1.8K bis zu 10K einen extrem hohen E-Modul auf.Reinforcing filaments of tantalum or a tantalum alloy have the advantage that they can be integrated with the other components of the multifilament due to their favorable forming resistance. The other components of the multifilament are the superconductor filaments and the outer sheath. At the same time, tantalum is a metal that maintains its high mechanical properties under the typical reaction conditions and treatments for forming the superconducting phase. Furthermore, tantalum has an extremely high modulus of elasticity even after heat treatment, even at the typical use temperatures in the range from 1.8K to 10K.

Der Anteil an Tantal der Verstärkungsfilamente kann eingestellt werden. Die Verstärkungsfilamente bestehen in einer Durchführungsform im Wesentlichen aus Tantal oder aus einer Tantallegierung. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Verstärkungsstäbe jeweils einen Kern aus Tantal oder einer Tantallegierung aufweisen, der mit einem Mantel aus Cu umhüllt ist. Diese Verstärkungsstäbe können durch Strangpressen, insbesondere durch hydrostatisches Strangpressen hergestellt werden. Strangpressen ermöglicht eine gute Verbindung zwischen dem Tantalkern und dem Kupfermantel.The proportion of tantalum of the reinforcing filaments can be adjusted. The reinforcing filaments in one embodiment are essentially tantalum or a tantalum alloy. In another embodiment, the reinforcing rods may each comprise a tantalum or a tantalum alloy core clad with a Cu cladding. These reinforcing rods can be produced by extrusion, in particular by hydrostatic extrusion. Extrusion allows a good connection between the tantalum core and the copper shell.

Die Verstärkungsstäbe können beim Bündeln in verschiedene Mustern in der Bündelmatrix angeordnet werden. In einer Durchführungsform werden beim Bilden des Bündels die Verstärkungsstäbe in der Matrix um die Supraleiterstäbe herum angeordnet. In einer weitere Ausführungsform werden die Verstärkungsstäbe nur im Randbereich der Matrix angeordnet. Die Verstärkungsstäbe bilden somit ein ringförmiges Muster um die Supraleiterstäbe herum und sind zwischen den Supraleiterstäben und dem Außenmantel angeordnet. In einer Weiterbildung sind die Verstärkungsstäbe mit einer azimutalen Symmetrie in der Matrix angeordnet. Eine azimutale symmetrische Anordnung der Verstärkungsstäbe hat den Vorteil, dass die mechanische Verstärkung gleichmäßiger über das Bündel und das Multifilament verteilt wird.The reinforcing rods can be arranged in bundles into different patterns in the bundle matrix. In one implementation, as the bundle is being formed, the reinforcing rods in the matrix are placed around the superconductor rods. In a further embodiment, the reinforcing rods are arranged only in the edge region of the matrix. The reinforcing rods thus form an annular pattern around the superconductor rods and are disposed between the superconductor rods and the outer sheath. In a further development, the reinforcing rods with an azimuthal symmetry in arranged the matrix. An azimuthal symmetrical arrangement of the reinforcing rods has the advantage that the mechanical reinforcement is distributed more uniformly over the bundle and the multifilament.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Verstärkungsstäbe über den Querschnitt der Matrix verteilt angeordnet. Die Verstärkungsstäbe können mit Supraleiterstäben umhüllt sein. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform werden die Verstärkungsstäbe axial symmetrisch in der Matrix angeordnet. Diese axiale symmetrische Anordnung sieht auch eine gleichmäßigere mechanische Verstärkung des Gesamtquerschnitts des Multifilaments vor. Die symmetrische Anordnung der Verstärkungsfilamente hat den weiteren Vorteil, dass das Umformverhalten des Multifilaments optimiert wird.In a further embodiment, the reinforcing rods are distributed over the cross section of the matrix. The reinforcing rods may be coated with superconducting rods. In a development of this embodiment, the reinforcing rods are arranged axially symmetrically in the matrix. This axial symmetric arrangement also provides a more even mechanical reinforcement of the overall cross-section of the multifilament. The symmetrical arrangement of the reinforcing filaments has the further advantage that the forming behavior of the multifilament is optimized.

Die Supraleiterstäbe und die Verstärkungsstäbe können im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Dies vereinfacht das Bilden des Bündels und das Bilden einer regelmäßigen zwei-dimensionalen Matrix. Bei einer weiteren Ausführungsform haben die Supraleiterstäbe sowie die Verstärkungsstäbe jeweils einen sechskantigen Querschnitt. Ein sechskantiger Querschnitt ermöglicht eine dichte Packung der Stäbe in der Matrix, damit die Stromleitfähigkeit des Multifilaments erhöht werden kann.The superconductor bars and the reinforcing bars may have substantially the same cross-sectional area. This simplifies forming the bundle and forming a regular two-dimensional matrix. In a further embodiment, the superconductor rods and the reinforcing rods each have a hexagonal cross-section. A hexagonal cross-section allows tight packing of the rods in the matrix to increase the power conductivity of the multifilament.

Der Anteil an Verstärkungsstäben kann zwischen ungefähr 10% und ungefähr 25% der Gesamtzahl der Stäbe der Matrix liegen. Dieser Anteil kann an den mechanischen Eigenschaften des Multifilaments, die für ein bestimmtes Magnetsystem erforderlich sind, angepasst werden. Die Zahl der Verstärkungsstäbe kann beliebig eingestellt werden, damit der gewünschte Anteil erreicht wird. Wenn beispielsweise die Gesamtmatrix 192 Filamente aufweist, kann die Matrix 36 Verstärkungsstäbe aufweisen, so dass das Multifilament einen Anteil an Verstärkungsstäben von ungefähr 10% aufweist. Wenn aus einer Gesamtzahl von 192 Filamenten 72 Verstärkungsstäbe sind, weist das Filament einen Verstärkungsanteil von ungefähr 20% auf.The proportion of reinforcing bars may be between about 10% and about 25% of the total number of bars of the matrix. This proportion can be adjusted to the mechanical properties of the multifilament required for a particular magnet system. The number of reinforcing rods can be set arbitrarily, so that the desired proportion is achieved. For example, if the total matrix is 192 filaments The matrix 36 may comprise reinforcing bars so that the multifilament has a proportion of reinforcing bars of about 10%. If out of a total of 192 filaments there are 72 reinforcing bars, the filament has a gain proportion of about 20%.

Das Verfahren ist somit flexibel, da die mechanischen Eigenschaften des Multifilaments einfach eingestellt werden können, so dass ein Multifilament mit der gewünschten mechanischen Verstärkung vorgesehen werden kann. Die mechanischen Eigenschaften können somit an die speziellen Anforderungsprofile der Anwendung leicht angepasst werden.The method is thus flexible, since the mechanical properties of the multifilament can be easily adjusted, so that a multifilament with the desired mechanical reinforcement can be provided. The mechanical properties can thus be easily adapted to the specific requirement profiles of the application.

Die pulvermetallurgischen Kerne der Supraleiterstäbe können jeweils die Komponente eines A15 Supraleiters aufweisen. Die pulvermetallurgischen Kerne der Supraleiterstäbe können auch jeweils Pulver aus NbTa, Nb2Sn und Sn aufweisen, wobei aus diesen Komponenten die supraleitende Phase (Nb,Ta)3Sn gebildet wird.The powder metallurgy cores of the superconductor rods may each comprise the component of an A15 superconductor. The powder metallurgy cores of the superconductor rods may also each comprise powders of NbTa, Nb 2 Sn and Sn, the superconducting phase (Nb, Ta) 3 Sn being formed from these components.

Die Supraleiterstäbe können durch ein Pulver-im-Rohr-Verfahren hergestellt werden, wobei Pulver der gewünschten Komponente in einen Kern geformt wird, der mit einem Mantel aus einem nicht-supraleitenden Metall oder aus einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt wird. Dieses Vorprodukt wird gegebenenfalls mit Zwischenglühungen verformt, wobei der Querschnitt reduziert und die Länge erhöht wird, um die Supraleiterstäbe herzustellen. Diese Supraleiterstäbe werden zusammen mit den Verstärkungsstäben zu einem Bündel angeordnet. Die supraleitende Phase wird nur nach dem Bündeln und nach den weiteren Verformungsschritten zum Herstellen des Multifilaments erzeugt. Zum Bilden der supraleitenden Phasen in den Kernen der Supraleiterfilamente kann eine Glühung des Multifilaments bei 500°C bis 700°C für 2 bis 20 Tage durchgeführt werden.The superconductor rods can be made by a powder-in-tube method wherein powders of the desired component are formed into a core encased in a cladding of a non-superconducting metal or a non-superconductive alloy. This precursor is optionally deformed with intermediate anneals, reducing the cross-section and increasing the length to produce the superconductor rods. These superconductor rods are arranged together with the reinforcing rods into a bundle. The superconducting phase is produced only after bundling and after the further forming steps for producing the multifilament. To form the superconducting phases in the cores of the superconductor filaments, annealing of the multifilament be carried out at 500 ° C to 700 ° C for 2 to 20 days.

Ein Multifilamentsupraleiter kann auch einen Kernbereich haben, der mehrere Supraleiterfilamente und Verstärkungsfilamente aufweist. Die Supraleiterfilamente und die Verstärkungsfilamente sind dabei so angeordnet, dass sie im Querschnitt des Kernbereichs eine regelmäßige zwei-dimensionale Matrix aufweisen. Der Kernbereich ist von einem Außenmantel aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt. Die Verstärkungsfilamente bestehen im Wesentlichen aus Tantal oder einer Tantallegierung. Die Supraleiterfilamente weisen jeweils einen Kern aus einem pulvermetallurgischen hergestellten Supraleiter auf, der von einem Innenmantel aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt ist.A multifilament superconductor may also have a core region comprising a plurality of superconductor filaments and reinforcing filaments. The superconductor filaments and the reinforcing filaments are arranged so that they have a regular two-dimensional matrix in the cross section of the core region. The core region is enveloped by an outer sheath of a non-superconducting metal or a non-superconductive alloy. The reinforcing filaments consist essentially of tantalum or a tantalum alloy. The superconductor filaments each have a core made of a powder metallurgy-made superconductor which is enveloped by an inner sheath of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy.

Das Multifilament ist somit auf Grund der Verstärkungsfilamente mechanisch verstärkt und kann die Gestalt eines Drahts oder die Gestalt eines Bandes aufweisen. Die Verstärkungsfilamente können beispielsweise in der Matrix um die Supraleiterfilamente herum angeordnet sein. Die Verstärkungsfilamente können auch nur im Randbereich der Matrix angeordnet sein. Beispielsweise sind die Verstärkungsfilmente azimutal symmetrisch im Randbereich in der Matrix angeordnet.The multifilament is thus mechanically strengthened due to the reinforcing filaments and may have the shape of a wire or the shape of a band. For example, the reinforcing filaments may be disposed in the matrix around the superconductor filaments. The reinforcing filaments can also be arranged only in the edge region of the matrix. For example, the reinforcing films are arranged azimuthally symmetrical in the edge region in the matrix.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Verstärkungsfilamente über den Querschnitt der Matrix verteilt angeordnet. Die Verstärkungsfilamente sind somit nicht nur am Rand des Kernbereichs angeordnet und können von Supraleiterfilamenten umhüllt sein. Bei einer Ausführungsform sind die Verstärkungsfilamente axial symmetrisch in der Matrix angeordnet.In a further embodiment, the reinforcing filaments are distributed over the cross section of the matrix. The reinforcing filaments are thus not only arranged at the edge of the core region and may be enveloped by superconductor filaments. In one embodiment, the reinforcing filaments are arranged axially symmetrically in the matrix.

Die Anordnung und das Muster der Filamente des Multifilaments entsprechen der Anordnung und dem Muster der Stäbe des Bündels, da die ursprüngliche Anordnung und das ursprüngliche Muster während des Verformens des Bündels im Wesentlichen beibehalten werden. Im Vergleich zu den Stäben weisen die Filamente einen kleineren Querschnitt und eine größere Länge auf.The arrangement and pattern of the filaments of the multifilament match the arrangement and pattern of the beams of the bundle, as the original assembly and pattern are substantially maintained during the deformation of the bundle. In comparison to the rods, the filaments have a smaller cross-section and a greater length.

Die Supraleiterfilamente und die Verstärkungsfilamente des Multifilaments können jeweils ungefähr die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Der Anteil an Verstärkungsfilamenten zwischen kann ungefähr 10% und ungefähr 25% der Gesamtzahl der Filamente der Matrix liegen. Bei einer Ausführungsform weisen die Supraleiterfilamente sowie die Verstärkungsfilamente jeweils einen sechskantigen Querschnitt auf.The superconductor filaments and the reinforcing filaments of the multifilament may each have approximately the same cross-sectional area. The proportion of reinforcing filaments between may be about 10% and about 25% of the total number of filaments of the matrix. In one embodiment, the superconductor filaments and the reinforcing filaments each have a hexagonal cross-section.

In einer Ausführungsform weisen die Kerne der Supraleiterfilamente jeweils die Komponente eines A15 Supraleiters auf. Die Kerne der Supraleiterfilamente können jeweils die Komponenten einer (Nb,Ta)3Sn-, Nb3Sn-, Nb3Al-, Nb3Si-, Nb3Ge-, V3Si- oder V3Ga-Phase oder die supraleitende (Nb,Ta)3Sn oder Nb3Sn oder Nb3Al oder Nb3Si oder Nb3Ge oder V3Si oder V3Ga Phase aufweisen. Die Verstärkungsfilamente können jeweils einen Kern aus Tantal oder aus einer Tantallegierung aufweisen, der mit einem Mantel aus Kupfer umhüllt ist.In one embodiment, the cores of the superconductor filaments each comprise the component of an A15 superconductor. The cores of the superconductor filaments may each comprise the components of a (Nb, Ta) 3 Sn, Nb 3 Sn, Nb 3 Al, Nb 3 Si, Nb 3 Ge, V 3 Si or V 3 Ga phase or the superconducting (Nb, Ta) 3 Sn or Nb 3 Sn or Nb 3 Al or Nb 3 Si or Nb 3 Ge or V 3 Si or V 3 Ga phase. The reinforcing filaments may each comprise a tantalum or tantalum alloy core encased in a copper sheath.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.

Figur 1
zeigt einen verstärkten Multifilamentsupraleiter nach einer ersten Ausführungsform,
Figur 2
zeigt einen verstärkten Multifilamentsupraleiter nach einer zweiten Ausführungsform, und
Figur 3
zeigt einen verstärkten Multifilamentsupraleiter nach einer dritten Ausführungsform.
The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.
FIG. 1
shows a reinforced multifilament superconductor according to a first embodiment,
FIG. 2
shows a reinforced multifilament superconductor according to a second embodiment, and
FIG. 3
shows a reinforced multifilament superconductor according to a third embodiment.

Figur 1 zeigt den Querschnitt eines mechanisch verstärkten Multifilamentsupraleiters 1 mit einem Kernbereich 2, der von einem Außenmantel 3 umhüllt ist. Der Kernbereich 2 weist 192 Filamente 4 auf. Die Filamente 4 weisen jeweils eine sechskantige Querschnittsfläche auf, die für jedes Filament ungefähr gleich ist. Die Filamente 4 sind zusammengestellt, um eine regelmäßige zwei-dimensionale hexagonale Matrix 5 zu bilden. Die äußeren Filamente 4 der Matrix 5 sind derart angeordnet, dass die Außenkante der Matrix 5 einen nahezu kreisförmigen Querschnitt aufweist. FIG. 1 shows the cross section of a mechanically reinforced multifilament superconductor 1 with a core portion 2, which is covered by an outer shell 3. The core region 2 has 192 filaments 4. The filaments 4 each have a hexagonal cross-sectional area which is approximately equal for each filament. The filaments 4 are assembled to form a regular two-dimensional hexagonal matrix 5. The outer filaments 4 of the matrix 5 are arranged such that the outer edge of the matrix 5 has a nearly circular cross-section.

In dieser Ausführungsform sind 72 der Gesamtzahl von 192 Filamenten 4 Verstärkungsfilamente 6. Die Verstärkungsfilamente 6 weisen jeweils einen Kern, der im Wesentlichen aus Tantal besteht, und eine Innenmantel aus Kupfer auf. Die Verstärkungsfilamente 6 wurden durch hydrostatisches Strangpressen geformt. Die Verstärkungsfilamente 6 sind in der Figur 1 schwarz dargestellt.In this embodiment, 72 of the total of 192 filaments are 4 reinforcing filaments 6. The reinforcing filaments 6 each have a core consisting essentially of tantalum and an inner sheath of copper. The reinforcing filaments 6 were formed by hydrostatic extrusion. The reinforcing filaments 6 are in the FIG. 1 shown in black.

Die restlichen 120 der Filamente 4 sind Supraleiterfilamente 7, die in der Figur 1 grau dargestellt sind. Die Supraleiterfilamente 7 weisen jeweils einen Kern 8 aus einem pulvermetallurgischen Supraleiter auf. Die supraleitende Phase ist (Nb,Ta)3Sn. Der Kern 8 ist von einem Innenmantel 9 aus Kupfer umhüllt. Die Supraleiterfilamente 7 wurden durch ein Pulver-im-Rohr-Verfahren hergestellt.The remaining 120 of the filaments 4 are Supraleiterfilamente 7, in the FIG. 1 are shown in gray. The superconductor filaments 7 each have a core 8 made of a powder metallurgical superconductor. The superconducting phase is (Nb, Ta) 3 Sn. The core 8 is enveloped by an inner jacket 9 made of copper. The superconductor filaments 7 were produced by a powder-in-tube process.

Die Verstärkungsfilamente 6 sind im äußeren Bereich des Kernbereichs angeordnet und sind um die Supraleiterfilamente 7 herum angeordnet. Die Verstärkungsfilamente 6 sind in der Matrix 5 mit einer azimutalen Symmetrie angeordnet, damit die mechanische Verstärkung gleichmäßig über den Querschnitt des Multifilaments 1 verteilt ist.The reinforcing filaments 6 are arranged in the outer region of the core region and are arranged around the superconductor filaments 7. The reinforcing filaments 6 are arranged in the matrix 5 with an azimuthal symmetry, so that the mechanical reinforcement is uniformly distributed over the cross section of the multifilament 1.

In dieser Ausführungsform weist der innere zentrale Bereich des Kernbereichs keine Supraleiterfilamente 7 oder Verstärkungsfilamente 6 auf und weist stattdessen Kupfer auf.In this embodiment, the inner central portion of the core portion has no superconductor filaments 7 or reinforcing filaments 6 and has copper instead.

Zum Herstellen des Multifilaments 1 wurden zunächst mehrere Supraleiterstäbe und Verstärkungsstäbe hergestellt. Zum Herstellen der Supraleiterstäbe wurden Pulver der Komponenten der supraleitenden Phase zu einem Stab geformt und mit einem Kupfermantel umhüllt. Der Querschnitt wurde durch Ziehen reduziert, um sechskantige Supraleiterstäbe zu formen. Mehrere Verstärkungsstäbe wurde durch hydrostatisches Strangpressen des mit Kupfer umhüllten Tantalkerns hergestellt. Die Verstärkungsstäbe weisen auch eine sechskantige Form auf. Die Querschnittsfläche der Supraleiterstäbe und der Verstärkungsstäbe ist ungefähr gleich.To produce the multifilament 1, a plurality of superconductor rods and reinforcing rods were first produced. To make the superconductor rods, powders of the components of the superconducting phase were formed into a rod and coated with a copper sheath. The cross section was reduced by pulling to form hexagonal superconductor bars. Several reinforcing rods were made by hydrostatic extrusion of the copper-clad tantalum core. The reinforcing rods also have a hexagonal shape. The cross-sectional area of the superconductor bars and the reinforcing bars is approximately equal.

Die Längsseiten der Supraleiterstäbe und der Verstärkungsstäbe wurden zusammengestellt und zu einem Bündel angeordnet, das im Querschnitt eine regelmäßige hexagonale Matrix aufweist. Die Verstärkungsstäbe werden in der Matrix angeordnet, so dass die Matrix das gewünschte Muster von Verstärkungsstäben und Supraleiterstäben aufweist. Das Bündel wurde mit einem Außenmantel aus Kupfer umhüllt und das umhüllte Bündel mittels Ziehen und Zwischenglühen verformt, wobei der Querschnitt reduziert, die Länge erhöht und ein Multifilament 1 hergestellt wird. Die Anordnung der Supraleiterfilamente 7 und der Verstärkungsfilmante 6 in der Matrix 5 des hergestellten Multifilaments 1 entspricht der Anordnung der Stäbe im Bündel. Anschließend wurde das Multifilament 1 bei 500°C bis 700°C für 2 bis 20 Tage geglüht, so dass sich in den pulvermetallurgischen Kernen 8 die supraleitende Phase aus dem Pulver gebildet hat.The long sides of the superconductor rods and the reinforcing rods were assembled and arranged into a bundle having a regular hexagonal matrix in cross-section. The reinforcing rods are placed in the matrix so that the matrix has the desired pattern of reinforcing rods and superconductor rods. The bundle was covered with an outer sheath of copper and the sheathed bundle was deformed by drawing and intermediate annealing, the cross section being reduced, the length increased and a multifilament 1 being produced. The arrangement of the superconductor filaments 7 and the reinforcing film edge 6 in the matrix 5 of the produced multifilament 1 corresponds to the arrangement of the rods in the bundle. Subsequently, the multifilament 1 was annealed at 500 ° C to 700 ° C for 2 to 20 days, so that in the powder metallurgy cores 8, the superconducting phase has been formed from the powder.

Die zweite und dritte Ausführungsform des Multifilamentsupraleiters unterscheiden sich von der ersten Ausführungsform der Figur 1 durch die Zahl der Verstärkungsfilamente 6 und ihre Anordnung innerhalb der Matrix 5. Die Anordnung der Verstärkungsfilamente 6 und die der Supraleiterfilamente 7 der Matrix 5 wurde durch die Anordnung der Stäbe beim Bündeln bestimmt.The second and third embodiments of the multifilament superconductor are different from the first embodiment of FIG FIG. 1 by the number of reinforcing filaments 6 and their arrangement within the matrix 5. The arrangement of the reinforcing filaments 6 and those of the superconducting filaments 7 of the matrix 5 was determined by the arrangement of the rods in bundling.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines Multifilamentsupraleiters 10 nach einer zweiten Ausführungsform. Dieser zweite Multifilamentsupraleiter 10 weist auch 192 sechskantige Filamente 4 auf, die in einer Matrix 5 mit einem hexagonalen Muster wie in der Figur 1 zusammen angeordnet sind. In der zweiten Ausführungsform sind 36 Filamente 4 der 192 Filamente Verstärkungsfilamente 6. Der Verstärkungsanteil liegt somit bei 18%. Im Gegensatz zu der in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsform sind die Verstärkungsfilamente 6 nicht nur im Randbereich der Matrix 5 angeordnet sondern über die gesamte Matrix 5 verteilt. In dieser Ausführungsform sind die Verstärkungsfilamente 6 mit einer radialen Symmetrie in der Matrix 5 angeordnet. Dazu sind sechs Reihen 11 von Verstärkungsfilamente 6, die jeweils sechs Verstärkungsfilamente 6 aufweisen, vorgesehen. Die sechs Reihen 11 sind radial symmetrisch in der Matrix 5 angeordnet. Die Winkel zwischen den benachbarten Reihen 11 sind somit ungefähr 60°. FIG. 2 shows a cross section of a multifilament superconductor 10 according to a second embodiment. This second multifilament superconductor 10 also has 192 hexagonal filaments 4 arranged in a matrix 5 having a hexagonal pattern as in FIG FIG. 1 are arranged together. In the second embodiment, 36 filaments 4 of the 192 filaments are reinforcing filaments 6. The reinforcing content is thus 18%. Unlike in the FIG. 1 The first embodiment shown, the reinforcing filaments 6 are not only arranged in the edge region of the matrix 5 but distributed over the entire matrix 5. In this embodiment, the reinforcing filaments 6 are arranged with a radial symmetry in the matrix 5. For this purpose, six rows 11 of reinforcing filaments 6, each having six reinforcing filaments 6 are provided. The six rows 11 are arranged radially symmetrically in the matrix 5. The angles between the adjacent rows 11 are thus approximately 60 °.

Die Figur 3 zeigt ein Multifilamentsupraleiter 12 nach einer dritten Ausführungsform. Der dritte Multifilamentsupraleiter 12 weist ebenfalls einen Kernbereich mit 192 Filamenten auf, die in einer hexagonal Matrix 5 angeordnet sind. In der dritten Ausführungsform sind 66 der 192 Filamente 4 Verstärkungsfilamente 6. Der dritte Multifilamentsupraleiter 12 weist einen Verstärkungsanteil von 20% auf.The FIG. 3 shows a multifilament superconductor 12 according to a third embodiment. The third multifilament superconductor 12 also has a core region with 192 filaments arranged in a hexagonal matrix 5. In the third embodiment, 66 of the 192 filaments are 4 reinforcing filaments 6. The third multifilament superconductor 12 has a reinforcing ratio of 20%.

Die Verstärkungsfilamente 6 sind mit einer radialen Symmetrie in der Matrix 5 angeordnet. Dazu sind sechs V-förmige Anordnungen 13 vorgesehen, die jeweils elf Verstärkungsfilamente 6 aufweisen. Die Spitze der V-Form 13 ist nach Innen ausgerichtet, so dass die Winkel zweier benachbarter V-Formen ungefähr bei 60° liegt. Die Seite der V-Formen 13 sind parallel zu der Seite der benachbarten V-Form angeordnet, wobei jeweils eine Reihe von Supraleiterfilamenten 7 zwischen benachbarten V-Formen 13 angeordnet ist.The reinforcing filaments 6 are arranged with a radial symmetry in the matrix 5. For this purpose, six V-shaped arrangements 13 are provided, each having eleven reinforcing filaments 6. The tip of the V-shape 13 is oriented inwardly so that the angles of two adjacent V-shapes are approximately 60 °. The side of the V-molds 13 are arranged parallel to the side of the adjacent V-shape, with a row of superconductor filaments 7 being disposed between adjacent V-molds 13, respectively.

Die Multifilamante 1, 10, 12 können zum Herstellen einer Magnetwicklung verwendet werden. Durch die Verstärkungsfilamente 6 sind die Multifilamente 1, 10, 12 mechanisch derart verstärkt, dass die Fließgrenze des Multifilaments 1, 10, 12 erhöht wird. Dies führt zu einer verbesserten Stromtragfähigkeit, da der Einfluss der Lorentzkraft reduziert wird. Der Einsatz dieser Multifilamente mit pulvermetallurgischen Kernen wird somit verbreitert.The multifilament 1, 10, 12 can be used to make a magnet winding. By the reinforcing filaments 6, the multifilaments 1, 10, 12 are mechanically reinforced such that the yield strength of the multifilament 1, 10, 12 is increased. This leads to an improved current carrying capacity, since the influence of the Lorentz force is reduced. The use of these multifilaments with powder metallurgy cores is thus widened.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Erstes MultifilamentFirst multifilament
22
Kernbereichcore area
33
Außenmantelouter sheath
44
Filamentfilament
55
Matrixmatrix
66
VerstärkungsfilamentVerstärkungsfilament
77
Supraleiterfilamentsuperconducting filament
88th
Kern des SupraleiterfilamentsCore of superconductor filament
99
Innenmantel des SupraleiterfilamentsInner jacket of superconductor filament
1010
Zweites MultifilamentSecond multifilament
1111
Reihe von VerstärkungsfilamentenRow of reinforcing filaments
1212
Drittes MultifilamentThird multifilament
1313
V-Form der VerstärkungsfilamenteV-shape of the reinforcing filaments

Claims (29)

Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Multifilamentsupraleiters (1), das folgende Schritte aufweist: - Bereitstellen mehrerer Supraleiterstäbe (7), die jeweils mindestens einen pulvermetallurgischen Kern (8) aus den Elementen eines metallischen Supraleiters aufweisen, wobei der Kern (8) von einem Innenmantel (9) aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt ist, - Bereitstellen mehrerer Verstärkungsstäbe (6), die jeweils aus Tantal oder einer Tantallegierung bestehen, - Anordnen der Supraleiterstäbe (7) und der Verstärkungsstäbe (6) zu einem Bündel, wobei die Supraleiterstäbe (7) und die Verstärkungsstäbe (6) so angeordnet werden, dass sie im Querschnitt des Bündels eine regelmäßige zwei-dimensionale Matrix (5) bilden, - Umhüllen des Bündels mit einem Außenmantel (3) aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung, - Verformen des umhüllten Bündels unter reduzieren des Querschnitts des umhüllten Bündels zum Erzeugen eines Multifilaments (1), - Glühen des verformten Multifilaments (1) bei einer Temperatur und einer Dauer, die ausreichend ist, dass sich in dem pulvermetallurgischen Kernen (8) supraleitende Phasen ausbilden. Process for producing a reinforced multifilament superconductor (1), comprising the following steps: - Providing a plurality of superconductor rods (7), each having at least one powder metallurgy core (8) of the elements of a metallic superconductor, wherein the core (8) of an inner shell (9) of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy envelops is Providing a plurality of reinforcing rods (6) each consisting of tantalum or a tantalum alloy, Arranging the superconductor bars (7) and the reinforcing bars (6) into a bundle, wherein the superconducting bars (7) and the reinforcing bars (6) are arranged so as to form a regular two-dimensional matrix (5) in the cross-section of the bundle, Sheathing the bundle with an outer sheath (3) of a non-superconducting metal or a non-superconductive alloy, Deforming the covered bundle while reducing the cross-section of the wrapped bundle to produce a multifilament (1), Annealing the deformed multifilament (1) at a temperature and duration sufficient to form superconducting phases in the powder metallurgy cores (8). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Bilden des Bündels die Verstärkungsstäbe (6) in der Matrix (5) um die Supraleiterstäbe (7) herum angeordnet werden.Method according to claim 1,
characterized in that
for forming the bundle, the reinforcing rods (6) are arranged in the matrix (5) around the superconducting rods (7). Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) nur im Randbereich der Matrix (5) angeordnet werdenA method according to claim 1 or claim 2,
characterized in that
the reinforcing rods (6) are arranged only in the edge region of the matrix (5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) mit einer azimutale Symmetrie in der Matrix (5) angeordnet werden.Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the reinforcing rods (6) are arranged with an azimuthal symmetry in the matrix (5). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) über den Querschnitt der Matrix (5) verteilt angeordnet werden.Method according to claim 1,
characterized in that
the reinforcing rods (6) are distributed over the cross section of the matrix (5). Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) mit einer axiale Symmetrie in der Matrix (5) angeordnet werden.Method according to claim 5,
characterized in that
the reinforcing rods (6) are arranged with an axial symmetry in the matrix (5). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Supraleiterstäbe (7) und die Verstärkungsstäbe (6) im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the superconductor rods (7) and the reinforcing rods (6) have substantially the same cross-sectional area. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Supraleiterstäbe (7) sowie die Verstärkungsstäbe (6) jeweils einen sechskantigen Querschnitt aufweisen.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the superconductor rods (7) and the reinforcing rods (6) each have a hexagonal cross-section. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil an Verstärkungsstäbe (6) zwischen ungefähr 10% und ungefähr 25 % der Gesamtzahl der Stäbe der Matrix (5) liegt.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the proportion of reinforcing bars (6) is between about 10% and about 25% of the total number of bars of the matrix (5). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die pulvermetallurgischen Kerne (8) der Supraleiterstäbe (7) jeweils die Komponente eines A15 Supraleiters aufweisen.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the powder metallurgy cores (8) of the superconductor rods (7) each have the component of an A15 superconductor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die pulvermetallurgische Kerne (8) der Supraleiterstäbe (7) jeweils Pulver aus NbTa, Nb2Sn und Sn aufweisen.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the powder metallurgy cores (8) of the superconductor rods (7) each have powders of NbTa, Nb 2 Sn and Sn. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Glühung bei 500°C bis 700°C für 2 bis 20 Tage durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the annealing is carried out at 500 ° C to 700 ° C for 2 to 20 days. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) jeweils einen Kern aus Tantal oder einer Tantallegierung aufweisen, der mit einem Mantel aus Cu umhüllt ist.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the reinforcing rods (6) each have a core made of tantalum or a tantalum alloy, which is coated with a sheath of Cu. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsstäbe (6) durch Strangpressen hergestellt werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the reinforcing rods (6) are produced by extrusion. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Supraleiterstäbe (7) durch ein Pulver-im-Rohr-Verfahren hergestellt werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the superconductor rods (7) are produced by a powder-in-tube process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das spanlose Verformen des umhüllten Bündels das Multifilament mit der Gestalt eines Drahts oder der Gestalt eines Bandes erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
by the non-cutting deformation of the wrapped bundle, the multifilament having the shape of a wire or the shape of a ribbon is produced. Multifilamentsupraleiter (1) mit einem Kernbereich (2), der mehrere Supraleiterfilamente (7) und Verstärkungsfilamente (6) aufweist, wobei die Supraleiterfilamente (7) und die Verstärkungsfilamente (6) so angeordnet sind, dass sie im Querschnitt des Kernbereichs (2) eine regelmäßige zwei-dimensionale Matrix (5) aufweisen, und wobei der Kernbereich (2) von einem Außenmantel (3) aus einem nicht-supraleitenden Metall oder einer nicht-supraleitenden Legierung umhüllt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) aus Tantal oder einer Tantallegierung bestehen und die Supraleiterfilamente (7) jeweils einen Kern (8) aus einem pulvermetallurgischen hergestellten Supraleiter aufweisen, der von einem Innenmantel (9) aus einem nicht supraleitenden Metall oder einer nicht supraleitenden Legierung umhüllt ist.A multifilament superconductor (1) having a core portion (2) comprising a plurality of superconductor filaments (7) and reinforcing filaments (6), wherein the superconductor filaments (7) and the reinforcing filaments (6) are arranged to have a cross section of the core portion (2) have a regular two-dimensional matrix (5), and wherein the core region (2) is enveloped by an outer sheath (3) of a non-superconductive metal or a non-superconducting alloy,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) are made of tantalum or a tantalum alloy, and the superconductor filaments (7) each have a core (8) made of a powder metallurgy-made superconductor which is enveloped by an inner shell (9) of a non-superconducting metal or a non-superconducting alloy. Multifilamentsupraleiter (1) nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Multifilamentsupraleiter (1) die Gestalt eines Drahts oder eines Bandes aufweist.Multifilamentary superconductor (1) according to claim 17,
characterized in that
the multifilament superconductor (1) has the shape of a wire or a band. Multifilamentsupraleiter (1) nach Anspruch 17 oder Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) in der Matrix (5) um die Supraleiterfilamente (7) herum angeordnet sind.A multifilament superconductor (1) according to claim 17 or claim 18,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) are arranged in the matrix (5) around the superconductor filaments (7). Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) nur im Randbereich der Matrix (5) angeordnet sind.Multifilamentary superconductor (1) according to one of claims 17 to 20,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) are arranged only in the edge region of the matrix (5). Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilmente (6) mit einer azimutalen Symmetrie in der Matrix (5) angeordnet sind.Multifilamentary superconductor (1) according to one of claims 17 to 20,
characterized in that
the reinforcement films (6) are arranged with an azimuthal symmetry in the matrix (5). Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) über den Querschnitt der Matrix (5) verteilt angeordnet sind.Multifilamentary superconductor (1) according to one of Claims 17 to 19,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) are distributed over the cross section of the matrix (5). Multifilamentsupraleiter (1) nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) mit einer axialen Symmetrie in der Matrix (5) angeordnet sind.Multifilamentary superconductor (1) according to claim 22,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) are arranged with an axial symmetry in the matrix (5). Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Supraleiterfilamente (7) und die Verstärkungsfilamente (6) jeweils ungefähr die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.Multifilamentary superconductor (1) according to one of Claims 17 to 23,
characterized in that
the superconductor filaments (7) and the reinforcing filaments (6) each have approximately the same cross-sectional area. Multifilamentsupraleiter (1) nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil an Verstärkungsfilamente (6) zwischen ungefähr 10% und ungefähr 25 % der Gesamtzahl der Filamente der Matrix liegt.Multifilamentary superconductor (1) according to claim 24,
characterized in that
the proportion of reinforcing filaments (6) is between about 10% and about 25% of the total number of filaments of the matrix. Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Supraleiterfilamente (7) sowie die Verstärkungsfilamente (6) jeweils einen sechskantigen Querschnitt aufweisen.Multifilamentary superconductor (1) according to one of Claims 17 to 25,
characterized in that
the superconductor filaments (7) and the reinforcing filaments (6) each have a hexagonal cross-section. Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kerne (8) der Supraleiterfilamente (7) jeweils die Komponente eines A15 Supraleiters aufweisen.Multifilamentary superconductor (1) according to one of Claims 17 to 26,
characterized in that
the cores (8) of the superconductor filaments (7) each have the component of an A15 superconductor. Multifilamentsupraleiter (1) nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kerne (8) der Supraleiterfilamente (7) jeweils (Nb,Ta)3Sn oder Nb3Sn oder Nb3Al oder Nb3Si oder Nb3Ge oder V3Si oder V3Ga aufweisen.Multifilamentary superconductor (1) according to claim 27,
characterized in that
the cores (8) of the superconductor filaments (7) each have (Nb, Ta) 3 Sn or Nb 3 Sn or Nb 3 Al or Nb 3 Si or Nb 3 Ge or V 3 Si or V 3 Ga. Multifilamentsupraleiter (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstärkungsfilamente (6) jeweils einen Kern aus Tantal oder aus einer Tantallegierung aufweisen, der mit einem Mantel aus Kupfer umhüllt ist.Multifilamentary superconductor (1) according to one of Claims 17 to 28,
characterized in that
the reinforcing filaments (6) each comprise a tantalum or tantalum alloy core encased in a copper sheath.
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